一种钻孔分次分段分时注浆封孔装置及方法与流程

1.本发明涉及煤层抽采瓦斯施工技术领域，尤其涉及一种钻孔分次分段分时注浆封孔装置及方法。


背景技术：

2.实施煤层抽采瓦斯是目前治理矿井瓦斯危害最根本最有效的手段。近年来为煤矿安全生产发挥了积极的推进作用。但在实际中也存在瓦斯抽放浓度低、抽放效果差等问题急需解决。由于孔底抽放负压具有引流瓦斯和强制瓦斯解吸的作用，所以封孔质量的好坏直接关系到瓦斯抽放效果的好坏。做好抽采钻孔的封孔，确保钻孔严密不漏气，是确保抽采效果，提高抽采率，至关重要的一环。
3.现有的钻孔封孔方法有如下三种：
4.(1)水泥封孔：由于水泥具有黏结力较强、经济实惠、阻燃等特点，所以许多矿井采用水泥封孔；可是水泥浆胶凝时间长，具有较长的可注期。水泥注浆能够达到较多的注浆量和较大的加固范围，具有较高的抗压强度，但初凝时间长，易被地下水稀释，在水压高、水量大的条件下，会有较大的浆液损失；具有一定的收缩率，脆性收缩时会产生裂缝。实践证明：用水泥封孔不仅劳动强度大而且封孔质量不佳，而且在地质条件复杂的矿井中采用该封孔技术，还会直接影响到抽放效果，因此该方法在实际应用中存在局限性。
5.(2)封孔器封孔：采用封孔器封孔具有封孔工艺简单、便捷、封孔器可以重复利用等优点，但是它存在着封孔器本身价格较高；对封孔段的钻孔质量要求高，它要求钻孔的孔壁光滑、规则，钻孔无变形、无塌孔现象；封孔器复用率低等缺点，所以这种封孔方法在实际应用中有局限性。
6.(3)聚氨酯封孔：目前矿井采用“聚氨酯—压注聚氨酯—聚氨酯”封孔方法，操作复杂，而且所用聚氨酯的量大，成本高，在实际应用中依然存在局限性。
7.上述三种现有的钻孔封孔方法在实际应用中有局限性，因此，有必要对目前瓦斯抽采钻孔封孔技术进行深入研究和改进，以达到改善封孔质量，提高瓦斯抽放浓度和效果的目的。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了克服现有技术存在的技术问题，提供一种钻孔分次分段分时注浆封孔装置及方法，其能够改善封孔质量，提高瓦斯抽放浓度和效果。
9.本发明的目的通过如下技术方案实现：
10.本发明提供一种钻孔分次分段分时注浆封孔装置，其包括：
11.抽放管、挡板、聚氨酯封堵、注浆管、充填剂；
12.抽放管的一端深入钻孔中且穿过挡板，另一端留在钻孔外端且连接阀门，钻孔孔口用充填剂封堵；
13.抽放管上多处缠绕均匀涂抹有聚氨酯的软布，该聚氨酯膨胀填满抽放管和钻孔间
的空隙，在钻孔中形成多道聚氨酯封堵；
14.多道聚氨酯封堵将钻孔分割为多个注浆区域，每个注浆区域均有注浆管伸入，所述注浆管另一端留在钻孔外端用于连接注浆阀门。
15.更优选的，所述注浆封孔装置还包括：
16.滤网；所述滤网包裹在抽放管伸入钻孔内的一端。
17.更优选的，所述聚氨酯封堵中的其中一个靠近挡板。
18.更优选的，所述抽放管包括：整根管，或者，由接头连接的多根管。
19.本发明还提供一种钻孔分次分段分时注浆封孔方法，其基于上述的钻孔分次分段分时注浆封孔装置实现，其包括：
20.步骤s102，将聚氨酯涂抹在软布上，涂抹的同时迅速将软布按照设定间隔距离缠绕在抽放管上；并将所述抽放管的一端穿过设置在钻孔内部的挡板后插入钻孔深处；抽放管的另一端留在钻孔外端；
21.步骤s103，将多个不同长度的注浆管插入钻孔中，并等待聚氨酯膨胀，直至在钻孔内形成多道相隔设定间隔距离的聚氨酯封堵，并用充填剂封堵住钻孔孔口；多道所述聚氨酯封堵将钻孔分割为多个注浆区域，且每个注浆区域有注浆管通入；
22.步骤s104，打开设置在抽放管末端的阀门，通过抽放管进行瓦斯抽放；
23.步骤s105，经过设定时间的瓦斯抽放后，通过第一个注浆管在靠近钻孔深处的两道聚氨酯封堵之间的第一个注浆区域内压注聚氨酯；
24.步骤s106，经过设定时间的瓦斯抽放后，通过第二个注浆管在靠近钻孔深处的两道聚氨酯封堵之间的第二个注浆区域内压注聚氨酯，以此类推，实现分次分段分时注浆封孔。
25.更优选的，所述钻孔分次分段分时注浆封孔方法还包括：
26.将所述抽放管伸入钻孔前，在所述抽放管伸入钻孔的端部缠上滤网。
27.由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：
28.本发明通过在抽放管上多处缠绕涂有聚氨酯的软布，能够利用聚氨酯膨胀的特性在钻孔内形成多道聚氨酯封堵，并通过多道聚氨酯封堵形成多个注浆区域，通过伸入不同注浆区域的注浆管注入封堵材料，能够实现分段分次封孔，因此能够改善封孔质量，提高瓦斯抽放浓度和效果。
附图说明
29.图1是本发明提供的一种分次分段分时封孔装置的结构示意图；
30.图2是通过本发明完成第一次封孔阶段封孔的结构示意图；
31.图3是通过本发明完成第二次封孔阶段封孔的结构示意图；
32.图4是通过本发明完成第三次封孔阶段封孔的结构示意图。
33.其中：
34.抽放管1、接头2、挡板3、滤网4、聚氨酯封堵5、第一注浆管6、第二注浆管7、充填剂8、第一注浆区域9、第二注浆区域10。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
36.本技术文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
37.本发明中，属于“安装”、“相连”、“相接”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是一体地连接，也可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信，也可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元器件内部的联通，也可以是两个元器件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.本发明提供一种钻孔分次分段分时注浆封孔装置，通过其能够改善封孔质量，因此分次分段分时封孔装置也可称为补救式封孔装置，其结构如附图1所示，包括：
39.抽放管1、接头2、挡板3、滤网4、聚氨酯封堵5、第一注浆管6、第二注浆管7、充填剂8。
40.抽放管1的一端深入钻孔中且穿过挡板3后在端部包裹滤网4，另一端留在钻孔外端并用充填剂8封堵钻孔孔口；抽放管1上多处缠绕均匀涂抹有聚氨酯的软布，该聚氨酯膨胀填满抽放管1和钻孔间的空隙，在钻孔中形成多道聚氨酯封堵5；多道聚氨酯封堵5将钻孔分割为多个注浆区域，如图1中的第一注浆区域9、第二注浆区域10；每个注浆区域均有注浆管伸入，且注浆管另一端留在钻孔外端用于连接注浆阀门，如第一注浆管6一端自孔口伸入钻孔内的第一注浆区域9，另一端留在孔口外端用于连接注浆阀门；第二注浆管7一端自孔口伸入钻孔内的第二注浆区域10，另一端留在孔口外端用于连接注浆阀门。
41.为了固定聚氨酯封堵5的位置，上述聚氨酯封堵5中的其中一个靠近挡板3。
42.各个部件的详细功能和结构如下：
43.抽放管1用于抽放瓦斯气体，其可以是整根管，也可以由接头2连接的多根管组成。
44.接头2，起连接抽放管的作用，也能辅助阻挡毛巾布左右移动。
45.挡板3，设置在钻孔中距离抽放管1端部设定距离处，该设定距离可以为0.5m-1m，优选的为0.8m。
46.在抽放管1在插入钻孔过程中，通过该挡板3能够防止缠绕在抽放管1上的软布(如麻袋、毛巾等)左右移动、避免涂抹在软布上的聚氨酯溢出并自由膨胀而堵塞抽放管1。由此能够增加聚氨酯的膨胀密度和密闭性。
47.滤网4，包裹在抽放管1的深入钻孔中的端部，当瓦斯气体通过钻孔进入抽放管后，固体杂质颗粒被阻挡在滤网4内，而洁净的流体通过滤网4后由抽放管1排出。
48.聚氨酯封堵5，聚氨酯封堵5是通过将聚氨酯均匀涂抹在软布上，涂抹的同时迅速把软布缠绕在抽放管1多个位置上，依靠聚氨酯发生化学反应而导致聚氨酯膨胀，进而在钻孔内形成多道聚氨酯封堵5。多道聚氨酯封堵5将钻孔分割为多个注浆区域，如图1中的第一注浆区域9、第二注浆区域10。
49.第一注浆管6，用来向钻孔封孔段前段空间(即第一注浆区域)，实施注浆的管路，注浆管末端通过注浆阀门连接聚氨酯高压灌注机；
50.二次注浆管7，用来向钻孔封孔段后段空间(即第一注浆区域)，实施注浆的管路，注浆管末端通过注浆阀门连接其他材料的灌注机。
51.充填剂8，用来对钻孔末端实施封孔，也用于固定抽放管1、第一注浆管6、二次注浆管7等其他注浆管，其可以是水泥，也可以是其他充填剂。
52.本发明的工作原理如下：
53.(1)一次封孔阶段：
54.如图2所示，在煤体工作面上向煤层钻孔，直至达到设计深度要求为止；将抽放管1端部缠上滤网4，并将有滤网4的一端插入钻孔内；将聚氨酯均匀涂抹在软布上，涂抹的同时迅速把将软布缠绕在抽放管1上，然后送入煤层钻孔深处l位置处，该l等于9.5～10.5m，依靠聚氨酯发生化学反应而膨胀，在钻孔内形成两道聚氨酯封堵5，将钻孔密封堵住；两道聚氨酯封堵5内侧之间的间隔为b，该b等于1～2m；两道聚氨酯封堵5的外侧之间的距离为l1，该3b≤l1≤1/2l；两道聚氨酯封堵5将钻孔分割为第一注浆区域9、第二注浆区域10；然后打开设置在抽放管1末端的阀门，通过抽放管1即可进行抽放。
55.(2)二次封孔阶段
56.经过一定时期的瓦斯抽放，由于煤层的变形、位移，导致钻孔周边煤层的孔(裂)隙扩张、发育，形成的聚氨酯封堵5变形，外界空气易由裂隙通道进入钻孔，使得钻孔内的瓦斯抽放浓度明显下降。此情况下，可通过第一注浆管6在两道聚氨酯封堵5之间的第一注浆区域9内压注聚氨酯，以此来补救聚氨酯封堵5的缺陷。
57.(3)三次封孔阶段
58.对断裂构造带、大裂隙区或测定煤层瓦斯压力，可采用三次封孔阶段。
59.采用第二注浆管在聚氨酯封堵5中间段(第二注浆区域10)内压注聚氨脂(形成如图4所示的结构)，补救聚氨酯封堵5的缺陷。填料段的主要作用是封堵聚氨脂与孔壁间裂隙以及孔壁和煤壁内部的裂隙，增大漏气的阻力。在使用时还可以灵活选择第二段封孔材料，能最大限度的降低封孔成本，保证封孔质量，同时简化封孔工艺，提高抽放效果。
60.上述实施例是以通过设置两道聚氨酯封堵来实现三次封孔阶段完成封孔的，但是本发明并不局限于此，还可以通过本发明设置更多道聚氨酯封堵来完成更多次封孔阶段的封孔。
61.本发明还提供一种钻孔分次分段分时注浆封孔方法，其基于上述钻孔分次分段分时注浆封孔装置，对钻孔分次分段分时注浆，实现多次封孔阶段的封孔。该钻孔分次分段分时注浆封孔方法包括如下步骤：
62.步骤s101，完成在煤体工作面上向煤层深处的钻孔。
63.在煤体工作面上向煤层钻孔，直至达到设计深度要求为止。
64.步骤s102，将抽放管1的一端部缠上滤网4，将聚氨酯涂抹在软布上，涂抹的同时迅速将软布按照设定间隔距离缠绕在抽放管1上；并将有滤网4的一端穿过设置在钻孔内部的挡板3后插入钻孔深处；抽放管1的另一端留在钻孔外端。
65.将聚氨酯均匀涂抹在软布上，涂抹的同时迅速将软布缠绕在抽放管1上，软布缠绕的位置相隔设定间隔距离b，然后送入煤层钻孔深处l位置处，该l等于9.5～10.5m。
66.步骤s103，将多个不同长度的注浆管插入钻孔中，并等待聚氨酯膨胀，在钻孔内形成多道相隔设定间隔距离b的聚氨酯封堵5，并用充填剂8封堵住钻孔孔口；多道聚氨酯封堵
5将钻孔分割为多个注浆区域，且每个注浆区域有注浆管通入。
67.如图1所示，依靠聚氨酯发生化学反应而膨胀，在钻孔内形成两道聚氨酯封堵5，将钻孔密封堵住；两道聚氨酯封堵5内侧之间的间隔为b，该b等于1～2m；两道聚氨酯封堵5的外侧之间的距离为l1，该3b≤l1≤1/2l；两道聚氨酯封堵5将钻孔分割为第一注浆区域9、第二注浆区域10。
68.步骤s104，打开设置在抽放管1末端的阀门，通过抽放管1进行瓦斯抽放。
69.步骤s105，经过设定时间的瓦斯抽放后，通过第一个注浆管在靠近钻孔深处的两道聚氨酯封堵5之间的第一个注浆区域内压注聚氨酯。
70.经过一定时期的瓦斯抽放，由于煤层的变形、位移，导致钻孔周边煤层的孔(裂)隙扩张、发育，形成的聚氨酯封堵5变形，外界空气易由裂隙通道进入钻孔，使得钻孔内的瓦斯抽放浓度明显下降。此情况下，可通过第一注浆管6在两道聚氨酯封堵5之间的第一注浆区域9内压注聚氨酯，以此来补救聚氨酯封堵5的缺陷。
71.步骤s106，经过设定时间的瓦斯抽放后，通过第二个注浆管在靠近钻孔深处的两道聚氨酯封堵5之间的第二个注浆区域内压注聚氨酯，以此类推，实现分次分段分时注浆封孔。
72.例如，对断裂构造带、大裂隙区或测定煤层瓦斯压力，可采用三次封孔阶段。
73.采用第二注浆管在聚氨酯封堵5中间段(第二注浆区域10)内压注聚氨脂(形成如图4所示的结构)，补救聚氨酯封堵5的缺陷。填料段的主要作用是封堵聚氨脂与孔壁间裂隙以及孔壁和煤壁内部的裂隙，增大漏气的阻力。在使用时还可以灵活选择第二段封孔材料，能最大限度的降低封孔成本，保证封孔质量，同时简化封孔工艺，提高抽放效果。
74.虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本技术的权利要求所界定的内容为标准。